JP2008051736A - 光ファイバの群遅延時間差の評価方法及び評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの群遅延時間差を、測定波長による群遅延時間差の大小に関わらず、簡便かつ簡易に評価することを可能とした群遅延時間差の評価方法及び評価装置を提供する。
【解決手段】波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有する任意の長さＬ_Rの参照光ファイバ１２からの出射光を任意の長さＬの被測定光ファイバ１３に入射し、被測定光ファイバ１３の出射端の群遅延時間差Δτ_M（λ）を測定し、以下の関係式から被測定光ファイバ１３の波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を算出する構成とした。
Δτ（λ）＝｛Δτ_M（λ）×（Ｌ_R＋Ｌ）−Δτ_R（λ）×Ｌ_R｝／Ｌ
【選択図】図１

Description

本発明は光ファイバの群遅延時間差の評価方法及び評価装置に関し、特に２モード伝搬波長領域における伝搬モード間の評価を行う光ファイバの群遅延時間差の評価方法及び評価装置に関する。

光ファイバに遮断波長以下の信号を入射すると、基本モードに加え高次モードの光波も伝搬される。一般的に、基本モードと高次モードとでは光ファイバ中で異なる伝搬速度を有する。このため、遮断波長以下の波長を用いた光通信においては、光ファイバ中を伝搬するモード間の群遅延時間差により伝送特性が劣化し、適用可能な伝送速度又は伝送距離が制限されてしまう。従って、遮断波長以下の波長を用いた光通信では、光ファイバ中の群遅延時間差を高精度に把握する必要がある。

光ファイバ中の群遅延時間差は、被測定光ファイバの基本モード及び高次モードを選択的又は同時に励振して、該被測定光ファイバの出射端における基本モードと高次モード間の伝搬時間差をサンプリングオシロスコープ等により直接観測することにより測定（以下、評価ともいう）できる。また、光ファイバの基本モード及び高次モードの励振条件は、被測定光ファイバに該被測定光ファイバ断面の中心軸に対し微小ズレを付与して測定光を入射することにより可変できることが知られており、例えば、非特許文献１の図６、図７及びその説明には、光ファイバ断面の軸方向における励振位置を可変させることにより、複数のモードの伝搬状態の変化が観測できることが開示されている。

P.F.Kolesar、D.J.Mazzarese著「Understanding multimodebandwidth and differential mode delay measurements and their applications」Proc. of 51st IWCS、2002年11月18−21日pp.453−460

しかしながら、被測定光ファイバの群遅延時間差の評価を行う際、被測定光ファイバ中の測定波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）が微小である場合には、伝搬モード間の時間差を観測するのに十分なファイバ長が必要となる、あるいは極めて短い、即ち光ファイバの群遅延時間差よりも小さいパルス幅を有する測定光源が必要になるという問題があった。

また、一般的に光ファイバ中の高次モードは基本モードに比べ伝搬損失が大きいため、被測定光ファイバに伝搬モード間の時間差を観測するのに十分なファイバ長を付与すると、被測定光ファイバのファイバ長の増加に伴い、伝搬後の高次モードを観測することが困難になる虞があった。

本発明はこのような問題を解決するものであって、光ファイバの群遅延時間差を、測定波長による群遅延時間差の大小に関わらず、簡便かつ簡易に評価することを可能とした群遅延時間差の評価方法及び評価装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の第１の発明に係る光ファイバの群遅延時間差の評価方法は、波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有する任意の長さＬ_Rの参照光ファイバからの出射光を任意の長さＬの被測定光ファイバに入射し、前記被測定光ファイバの出射端の群遅延時間差Δτ_M（λ）を測定し、以下の関係式から前記被測定光ファイバの波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を算出することを特徴とする。
Δτ（λ）＝｛Δτ_M（λ）×（Ｌ_R＋Ｌ）−Δτ_R（λ）×Ｌ_R｝／Ｌ

本発明の第２の発明に係る光ファイバの群遅延時間差の評価装置は、波長λで単一モード発振するパルス光源と、波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有し、前記パルス光源から発振された光信号が入射される任意の長さＬ_Rの参照光ファイバと、任意の長さＬの被測定光ファイバの出射端の時間軸上における光信号を検出する光信号検出機能と、前記光信号検出機能によって検出した結果に基づき第１の発明における関係式から前記被測定光ファイバの波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を算出する演算処理機能とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、任意の長さＬの被測定光ファイバの群遅延時間差Δτ（λ）の測定を行う際に、波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有する任意の長さＬ_Rの参照光ファイバを適用する構成としたことにより、上記被測定光ファイバの群遅延時間差Δτ（λ）を、該群遅延時間差Δτ（λ）の大小に関わらず高精度に評価することが可能になるという効果が得られる。

更に、本発明の群遅延時間差の評価方法によれば、参照光ファイバの波長λにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）を参照光ファイバの種類又は長さにより調整でき、任意のパルス幅Ｐ_Wを有する測定光源、並びに任意の長さＬを有する任意の種別の被測定光ファイバに対しても容易に適用できるといった効果が得られる。

更に、本発明の群遅延時間差の評価装置は、汎用的なパルス光源、時間軸上の光信号の検出機能、及び群遅延時間差の演算処理機能を用いる簡便な構成で、簡易に被測定光ファイバの群遅延時間差の評価を実現できるといった効果を奏する。

以下、図１に基づいて本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光ファイバの群遅延時間差の評価装置の構成例を示す概念図である。

図１に示すように、本実施形態において、群遅延時間差の評価装置は波長λで単一モード発振するパルス光源１１と、波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有し、パルス光源１１に接続される任意の長さＬ_Rの参照光ファイバ１２と、被測定光ファイバ１３と、参照光ファイバ１２又は任意の長さＬの被測定光ファイバ１３の出射端における時間軸上の光信号を検出する光信号検出部１４と、光信号検出部１４によって検出した結果を用いて被測定光ファイバ１３の波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を算出する演算処理部１５とから構成されている。

パルス光源１１はパルス幅Ｐ_Wの時間軸上の光パルス列を生成する機能を有する。パルス光源１１から発振される波長λの測定光は、波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有する任意の長さＬ_Rの参照光ファイバ１２に入射される。ここで、パルス光源１１と参照光ファイバ１２の結合部には、例えば、パルス光源１１からの測定光を参照光ファイバ１２に対し任意の軸ズレ量で入射する機能等、参照光ファイバ１２の励起状態を可変する機能が具備されることが望ましい。

参照光ファイバ１２には任意の長さＬ_Rを有する任意の種別の光ファイバが適用可能であり、例えば、通常の光通信で用いられる、１．３μｍ帯零分散光ファイバ、分散シフトファイバ、非零分散ファイバ、カットオフシフトファイバ、並びにマルチモードファイバ等が適用できる。なお、参照光ファイバ１２の波長λにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）は、参照光ファイバ１２の種類又は長さを選択することで調整可能となる。

光信号検出部１４は、参照光ファイバ１２、又は参照光ファイバ１２の出射光が入射された任意の長さＬの被測定光ファイバ１３の出射端における信号光を時間軸上の光信号列として検出する。

演算処理部１５は、光信号検出部１４で検出された時間軸上の光信号列から、参照光ファイバ１２の波長λにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）、及び参照光ファイバ１２に接続された被測定光ファイバ１３の出射端の測定波長λにおける群遅延時間差Δτ_M（λ）を測定する。更に、これら群遅延時間差Δτ_R（λ）、Δτ_M（λ）の評価結果に基づき、次式（１）の関係を用いて被測定光ファイバ１３の波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を算出する。
Δτ（λ）＝｛Δτ_M（λ）×（Ｌ_R＋Ｌ）−Δτ_R（λ）×Ｌ_R｝／Ｌ ・・・（１）

尚、前記パルス光源１１のパルス幅Ｐ_W、任意の長さＬ_Rの参照光ファイバ１２の波長λにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）、及び任意の長さＬの被測定光ファイバ１３の波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）は、次式（２）及び（３）の関係を満足することが望ましい。
Ｐ_W≦│Δτ_R（λ）×Ｌ_R│ ・・・（２）
Ｐ_W≦│Δτ_R（λ）×Ｌ_R＋Δτ（λ）×Ｌ│ ・・・（３）

次に、図２に基づき、図１に示した群遅延時間差の評価装置を用いて被測定光ファイバ１３の波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）の評価を行う手順を詳細に説明する。図２は本実施形態に係る群遅延時間差の評価手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、光信号検出部１４によって任意の長さＬ_Rの参照光ファイバ１２の出射端における信号光を時間軸上の光信号列として検出し、検出された結果から演算処理部１５によって参照光ファイバ１２の波長λにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）を測定し、測定結果をデータ格納部（図示省略）に保存する（ステップＳ１）。

次に、長さＬの被測定光ファイバ１３に参照光ファイバ１２を接続し、参照光ファイバ１２の出射光を被測定光ファイバ１３に入射し、光信号検出部１４によって被測定光ファイバ１３の出射端からの信号光を時間軸上の光信号列として検出する。そして、演算処理部１５において、光信号検出部１４で検出した光信号列から被測定光ファイバ１３の出射端の波長λにおける群遅延時間差Δτ_M（λ）を測定し、測定結果をデータ格納部に保存する（ステップＳ２）。

最後に、ステップＳ１で得られた参照光ファイバ１２の波長λにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）、及びステップＳ２で得られた被測定光ファイバ１３の出射端の波長λにおける群遅延時間差Δτ_M（λ）をデータ格納部から読み出し、演算処理部１５において上記（１）式に基づく演算を行い、波長λにおける被測定光ファイバ１３の群遅延時間差Δτ（λ）を算出する処理を行う（ステップＳ３）。

上述した本実施形態によれば、被測定光ファイバ１３の波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を測定する際に、波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有する参照光ファイバ１２を用いる構成としたことで、任意の被測定光ファイバ１３の測定波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を該群遅延時間差Δτ（λ）の大小に関わらず高精度に評価することができる。

以下に、本発明の実施例を示す。本実施例は、図１及び図２に示し上述した実施形態と同様の構成を備え、参照光ファイバ１２として長さＬ_R＝２８ｍの非零分散ファイバを用い、被測定光ファイバ１３として長さＬ＝１００ｍの１．３μｍ帯零分散ファイバを用いるものであり、パルス光源１１の波長λを８５３ｎｍ、１０６４ｎｍとした場合の被測定ファイバ１３の群遅延時間差Δτ（λ）をそれぞれ評価するものである。以下、図１に示し上述した部材と同一の部材については同一符号を付して説明は省略する。

図３及び図４に、それぞれ上述した図２のステップＳ１に示した処理によって、参照光ファイバ１２の波長λ＝８５３ｎｍ、１０６４ｎｍにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）を測定した評価結果を示す。

図３及び図４に示すように、本実施例において、参照光ファイバ１２の波長λ＝８５３ｎｍ、１０６４ｎｍにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）の評価結果はそれぞれ−２０．８（ｎｓ／ｋｍ）、−１９．２（ｎｓ／ｋｍ）であった。

また、図５及び図６に、それぞれ上述した図２のステップＳ２に示した処理によって、参照光ファイバ１２の波長λ＝８５３ｎｍ、１０６４ｎｍにおける群遅延時間差Δτ_R（λ）を測定した評価結果を示す。

図５及び図６に示すように、被測定光ファイバ１３の出射端の波長λ＝８５３ｎｍ、１０６４ｎｍにおける群遅延時間差Δτ_M（λ）はそれぞれ−２．７（ｎｓ／ｋｍ）、−４．２（ｎｓ／ｋｍ）であった。

以上の評価結果から、本実施例における被測定光ファイバ１３の波長λ＝８５３ｎｍ，１０６４ｎｍにおける群遅延時間差Δτ（λ）は、演算処理部１５において図２のステップＳ３に示す演算処理、即ち、図３，４に示す参照光ファイバ１２の群遅延時間差Δτ_R（λ）及び図５，６に示す被測定光ファイバ１３の出射端における群遅延時間差Δτ_M（λ）を各々以下の関係式（４）に代入して演算を行うことにより、それぞれ２．４（ｎｓ／ｋｍ）、−０．０３（ｎｓ／ｋｍ）として算出される。
Δτ（λ）＝｛Δτ_M（λ）×（Ｌ_R＋Ｌ）−Δτ_R（λ）×Ｌ_R｝／Ｌ ・・・（４）

尚、本実施例において、パルス光源１１と参照光ファイバ１２との結合部には、パルス光源１１からの測定光を参照光ファイバ１２の中心軸に対して任意の軸ズレを付与して入射する機能を適用するものとし、具体的には図３〜図６に示す評価を行う際に２．５μｍの軸ズレを付与した。

また、本実施例で用いたパルス光源１１は１００〜３００（ｐｓ）のパルス幅Ｐ_Wを有しており、次式（５）及び（６）で示される、より好適な測定条件を実現している。
Ｐ_W≦│Δτ_R（λ）×Ｌ_R│ ・・・（５）
Ｐ_W≦│Δτ_R（λ）×Ｌ_R＋Δτ（λ）×Ｌ│ ・・・（６）

以下に、本実施例の作用効果について説明する。表１は本実施例で用いた参照光ファイバ及び被測定光ファイバの波長８５０ｎｍ及び１０６０ｎｍにおける群遅延時間差を数値計算によって算出した結果を示したものである。

尚、各光ファイバの群遅延時間差は通常の多層分割近似法により計算し、参照光ファイバ及び被測定光ファイバの屈折率分布の測定結果を考慮した。

表１から、上述した本実施例に係る群遅延時間差の評価方法及び評価装置によって算出したそれぞれ波長λ＝８５３ｎｍ，１０６４ｎｍにおける参照光ファイバの群遅延時間差Δτ_R（λ）、被測定光ファイバの群遅延時間差Δτ（λ）の評価結果が、数値計算の結果と良く一致していることがわかる。

尚、図７及び図８は、被測定光ファイバ１３の基本モードと高次モードとの伝搬時間差を直接観測する従来の方法、例えば、上述した図２のステップＳ１に示す処理において、参照光ファイバ１２を被測定光ファイバ１３に置換して算出した被測定光ファイバ１３の波長λ＝８５３ｎｍ、１０６４ｎｍにおける群遅延時間差Δτ（λ）の評価結果である。なお、パルス光源１１からの測定光は参照光ファイバ１２の中心軸に対して２．５μｍの軸ズレを付与して入射し、パルス光源１１のパルス幅Ｐ_Wは１００〜３００（ｐｓ）とした。

図７に示すように、被測定光ファイバ１３の波長λ＝８５３ｎｍにおける群遅延時間差Δτ（λ）は２．４ｎｓ／ｋｍであり、表１の結果と良く一致していることがわかる。しかしながら、従来の構成で、パルス幅Ｐ_W＝１００〜３００（ｐｓ）を有するパルス光源を用いて被測定光ファイバ１３の波長λ＝１０６４ｎｍにおける群遅延時間差Δτ（λ）を測定した場合には、基本モード及び高次モードの各モードにおけるパルス幅に対し、表１に示したように被測定光ファイバ１３の波長λ＝１０６０ｎｍにおける群遅延時間差Δτ（λ）は−０．４（ｎｓ／ｋｍ）と微小であることから、図８に示すようにそれぞれのモードが重なり、群遅延時間差Δτ（λ）が評価できないことがわかる。

即ち、従来の被測定光ファイバ１３の波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）の測定においては、該群遅延時間差Δτ（λ）の値が大きい場合は評価が可能であるが、群遅延時間差Δτ（λ）が微小である場合は評価を行うことができない。

これに対し、図５，６に示すように参照光ファイバ１２が接続された被測定光ファイバ１３の出射端の群遅延時間差Δτ_M（λ）は十分に観測可能であり、群遅延時間差の評価に参照光ファイバを用いる本実施例によれば、従来の構成では判定を行うことができなかった被測定光ファイバ１３の群遅延時間差Δτ（λ）を高精度に測定することが可能となることがわかる。

以上に説明したように、本実施例に係る群遅延時間差の評価方法及び評価装置によれば、波長λでΔτ_R（λ）の群遅延時間差を有する任意の長さＬ_Rの参照光ファイバを用いることにより、任意の被測定光ファイバの群遅延時間差を、測定波長による遅延時間差の大小、光ファイバの長短に関わらず簡便かつ高精度に評価することができる。

本発明は光ファイバの評価方法に関し、特に２モード伝搬波長領域における伝搬モード間の群遅延時間差の評価方法及び装置に関する。

本発明の実施形態に係る光ファイバの群遅延時間差の評価装置の構成例を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバの群遅延時間差の評価手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例における評価方法で測定した波長λ＝８５３ｎｍにおける参照光ファイバの群遅延時間差Δτ_R（λ）の評価結果を示すグラフである。 本発明の実施例における評価方法で測定した波長λ＝１０６４ｎｍの参照光ファイバの群遅延時間差Δτ_R（λ）の評価結果を示すグラフである。 本発明の実施例における評価方法で測定した波長λ＝８５３ｎｍの被測定光ファイバの出射端における群遅延時間差Δτ_M（λ）の評価結果を示すグラフである。 本発明の実施例における評価方法で測定した波長λ＝１０６４ｎｍの被測定光ファイバの出射端における群遅延時間差Δτ_M（λ）の評価結果を示すグラフである。 従来の評価方法で測定した波長λ＝８５３ｎｍにおける被測定光ファイバの群遅延時間差Δτ（λ）の評価結果を示すグラフである。 従来の評価方法で測定した波長λ＝１０６４ｎｍにおける被測定光ファイバの群遅延時間差Δτ（λ）の評価結果を示すグラフである。

符号の説明

１１ パルス光源
１２ 参照光ファイバ
１３ 被測定光ファイバ
１４ 光信号検出部
１５ 演算処理部

Claims (2)

1. 波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有する任意の長さＬ_Rの参照光ファイバからの出射光を任意の長さＬの被測定光ファイバに入射し、前記被測定光ファイバの出射端の群遅延時間差Δτ_M（λ）を測定し、以下の関係式から前記被測定光ファイバの波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を算出することを特徴とする光ファイバの群遅延時間差の評価方法。
   Δτ（λ）＝｛Δτ_M（λ）×（Ｌ_R＋Ｌ）−Δτ_R（λ）×Ｌ_R｝／Ｌ
2. 波長λで単一モード発振するパルス光源と、波長λで群遅延時間差Δτ_R（λ）を有し、前記パルス光源から発振された光信号が入射される任意の長さＬ_Rの参照光ファイバと、任意の長さＬの被測定光ファイバの出射端の時間軸上における光信号を検出する光信号検出機能と、前記光信号検出機能によって検出した結果に基づき請求項１記載の関係式から前記被測定光ファイバの波長λにおける群遅延時間差Δτ（λ）を算出する演算処理機能とを具備することを特徴とする光ファイバの群遅延時間差の評価装置。

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